Gedurende het grootste deel van de geschiedenis van de aarde waren vulkanen niet de belangrijkste kracht die de broeikasgasniveaus van onze planeet vormgaf. Uit een nieuwe studie blijkt dat vulkanische bogen – de ketens van uitbarstende pieken zoals die in Japan – pas in de afgelopen 100 miljoen jaar, tegen het einde van het dinosaurustijdperk, dominante bronnen van koolstofemissies zijn geworden. Deze bevinding verandert fundamenteel ons begrip van de klimaatregulering van de aarde op de lange termijn.
De rol van fytoplankton in de koolstofcyclus
De sleutel tot deze verschuiving ligt in de evolutie van microscopische organismen: fytoplankton met calciumcarbonaatschubben. Deze wezens verschenen ongeveer 150 miljoen jaar geleden voor het eerst en hun impact op de koolstofcyclus is enorm geweest. Wanneer ze sterven, hopen hun schelpen zich op de oceaanbodem op en vormen ze enorme afzettingen van calciumcarbonaat.
Over geologische tijdschalen subductie (glijden onder elkaar) tektonische platen, waardoor deze koolstofrijke sedimenten in de aardmantel worden gerecycled. Een deel van deze koolstof komt vervolgens vrij door vulkaanuitbarstingen. Maar voordat dit fytoplankton bestond, was de vulkanische uitstoot aanzienlijk lager omdat er minder koolstof beschikbaar was in de zinkende platen.
Van Rifting naar Arcs: een veranderende emissiebron
Miljarden jaren lang waren vulkanische bogen het dominante mechanisme voor het vrijkomen van koolstof helemaal niet. In plaats daarvan was er sprake van ‘rifting’ – het uiteenscheuren van continenten, zoals de Oost-Afrikaanse Rift, en de vorming van nieuwe korst op mid-oceanische ruggen.
Door het splijten wordt in wezen het gesmolten binnenste ‘ontdakt’, waardoor koolstof rechtstreeks in de atmosfeer kan ontsnappen. De hoeveelheid die vrijkwam, hing af van de lengte en snelheid van de splitsing, maar de emissies bleven relatief stabiel totdat fytoplankton de vergelijking veranderde.
Moderne emissies: een stijging met twee derde
Tegenwoordig stoten vulkanische bogen tweederde meer koolstof uit dan 150 miljoen jaar geleden, dankzij het enorme zeebodemreservoir dat door die calciumcarbonaatschelpen is gecreëerd. Hoewel deze toename substantieel is, is deze nog steeds minder dan de hoeveelheid koolstoffytoplankton die op de zeebodem wordt vastgehouden of die in het binnenste van de aarde terechtkomt.
Waarom dit belangrijk is
Het begrijpen van deze tijdlijn is van cruciaal belang omdat het duidelijk maakt hoe het klimaatsysteem op aarde is geëvolueerd. De verschuiving van rifting naar vulkanische bogen als primaire emissiebron laat zien dat biologische processen (de evolutie van fytoplankton) de geologische cycli op planetaire schaal fundamenteel kunnen veranderen. Dit roept ook vragen op over hoe toekomstige biologische veranderingen de koolstofemissies en de klimaatstabiliteit kunnen beïnvloeden.
Het onderzoek, geleid door Ben Mather van de Universiteit van Melbourne, benadrukt het belang van gedetailleerde modellen voor het begrijpen van de klimaatgeschiedenis van de aarde op de lange termijn. Zoals Alan Collins van de Universiteit van Adelaide opmerkt, heeft de veranderende samenstelling van oceaansedimenten – aangedreven door evoluerende wezens – diepgaande gevolgen gehad voor de planetaire koolstofcyclus.
Concluderend kan worden gezegd dat de invloed van vulkanische activiteit op het klimaat niet constant is; het is een dynamisch proces dat wordt gevormd door biologische evolutie en platentektoniek. De opkomst van fytoplankton heeft de manier waarop koolstof door de aarde circuleert fundamenteel veranderd, en deze verschuiving heeft gevolgen op de lange termijn voor het begrijpen van het verleden, het huidige en het toekomstige klimaat van onze planeet.
